A predistortion scheme for mobile applications as well as a CMOS power amplifier suitable for the scheme is proposed and implemented. In the proposed predistortion scheme, the predistortion task occurs at RF passband, while the control part is located in the baseband part. This scheme avoids the bandwidth expansion of the signal which requires higher clock speed and higher speed DAC. Also, it avoids additional RF components such as envelope detector and delay line because the control signal is applied directly from the baseband part. A CMOS power amplifier with a built-in RF predistorter is proposed and implemented for the proposed predistortion scheme. It has digitally controlled vector modulator with reduced control range as a driver stage for simplified structure and reduced system requirements. The open-loop predistortion is done for linearity improvement of the designed CMOS power amplifier. System efficiency is estimated for the proposed predistortion scheme, and proves that the predistortion with the proposed power amplifier increases both linear output power and linear efficiency. Since the mobile power amplifiers require more tradeoff between the performance and
cost in the predistortion system, the proposed structure enables the cost effective linearization method for mobile applications.
본 논문에서는 전치 왜곡 시스템을 모바일 기기에 적용할 수 있도록, 전치 왜곡에 적합한 전력 증폭기 구조를 제안하고 설계 및 측정하였다. 핸드셋 기기에서는 반도체 소자의 특성이 온도와 전원 전압 등 환경 변수의 영향을 받게 되어, 전력 증폭기의 특성 또한 변화를 겪게 된다. 따라서 소자 및 회로 레벨에서 이미 적용된 선형화 기법이 환경 변수가 변하는 과정에서도 계속 최적의 동작을 유지하고 있다고 보장할 수 없다. 이에 대한 해결책으로서, 피드백과 디지털 신호 처리를 이용한 전치 왜곡 기법이 연구되어 왔다. 핸드셋용 전력 증폭기 (handset power amplifier) 에 전치 왜곡 기법을 적용하는 데에는, 전치 왜곡 블록들의 전력 소모가 가장 중요한 이슈가 된다. 본
논문에서는 먼저, 전치 왜곡 시스템에 특화된 벡터 변조기를 제안하고 CMOS 공정을 이용하여 구현하였다. 구현된 벡터 변조기는 이득 및 위상 변화 범위가 일반적인 구조의 그것에 비하여 제한되어, 조정 신호의 step 개수를 줄이면서도 조정 resolution 은 그대로 유지할 수 있고, 외부의 다른 PA 의 전치 왜곡기(predistorter)로 동작함을 확인하였다. 다음으로는, 전치 왜곡 시스템을 모바일 기기에 적용할 수 있도록 전치 왜곡 시스템에 적합한 CMOS 전력 증폭기 구조를 제안하고 구현하였다. 제안된 전력 증폭기는 벡터 변조기의 개념을 첫번째 구동단에 적용함으로써, 이득과 위상을 조정할 수 있다. 이득과 위상의 조정을 위해서는 베이스밴드에서 발생시킨 2 개의 디지털 신호가 직접 전력 증폭기에 인가되어, 전체 전력 증폭기의 AMAM 및 AM-PM 특성을 변화시킬 수 있다. 입력 신호의 포락선의 진폭에 따라, 전력 증폭기의 왜곡을 줄여주는 쪽으로 디지털 신호를 인가한다면, 전력 증폭기의 선형성이 향상된다. 이와 같이, 전치 왜곡 기능을 내장한 전력 증폭기는 RF 전치 왜곡 시스템에서 추가적인 전력 소모를 최소화하여, 시스템 효율을 높일 수 있는 장점을 가진다. 그럼으로써, 최종 송신단에서 최대 선형 출력 전력과 효율을 동시에 높일 수 있게 된다.
